电子式电能表特点分析论文

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摘要：本文在分析感应式电能表存在问题的基础上，重点论述了全电子式电能表的特点、类型、功能及其合理选用。着重指出，以全电子式电能表取代感应式电能表已势在必行，而集中式多用户全电子式电能表符合我国国情，具有很好的发展前景。

关键词：感应式电能表全电子式电能表集中式多用户电表

一、感应式电能表已完成其历史使命：当前，电能表、水表、燃气表乃至暖气表已深入到千家万户，而电能表应用的最广、最早。目前我国生产电能表的厂家约有600多家，年产量约1亿万台，其中70％以上为感应式电能表。感应式电能表已有100多年的历史，当前突出的问题是：第一、合格率低，超差严重：1996年、1997年和1999年国家曾三次对感应式电能表进行抽查，其合格率分别为7.1%、30.4%、和55.6％。有的产品最大实测基本误差竞高达-13.4％，远远超出了国家规定的+2％的技术指标要求。机械磨损是感应式电能表无法克服的缺陷，磨损的后果是表计越走越慢。国家电力公司曾对在用的电能表进行了抽查，抽查的结果是：运行一年、二年、三年、四年和五年的电能表中，超差分别为31.1％、41％、44.1％、42.9％和53.5％。这就是说，用了五年的表，将有50％以上不合格，为此，有关部门不得不做出规定，要求感应式电能表"五年"更换一次，鼓励企业科技创新，研究开发推广使用性能可靠的长寿命的电能表。第二、偷窃电现象严重：感应式电能表由于电流、电压接线端子外露，很容易采用改接线或倒表手段进行偷窃电，这是包括我国在内的发展中国家普遍存在的严重问题。在我国一些地区或单位，偷漏电量竞超过了总用电量的30％，其经济损失非常严重，据有关部门统计，我国每年因窃电而造成的电费损失超过50亿。第三、抄表方式单一落后：感应式电能表采用的是人工登门手工抄表，随着电能表的数量增加，抄表、核算的工作量越来越大。抄表人员要走家串户上楼、下楼，极不方便，这与现代化用电管理极不适应。目前市场上，有将感应式电能表配以光电脉冲转换装置，称之为机电式电能表，可以实现远程自动抄表，但其测量原理还是感应式，其准确度仍难以提高。当今，电能已成为最重要的能源，在市场经济下，人们对电能的计量要求准确度要高，使用寿命要求长，而对用电的管理要求实现智能化、自动化。这些都是感应式电能表所无能为力的。近一二十年来，由于微电子技术，计算机技术和通信技术的高速发展，出现的高准确度、长寿命且能实现远程自动抄表等多种功能的全电子式电能表，取代传统的感应式电能表已势在必行。

二、全电子式电能表全电子式电能表是通过对用户供电电压和电流实时采样，采用专用的电能表集成电路，对采样电压和电流信号进行处理并相乘转换成与电能成正比的脉冲输出显示。根据需要，也可以依据规定的协议（通信协议），将存贮的数据（电量等）上传给上位机（主站），上位机也可以对电表进行用、售电管理。由于它具有感应式电能表无可比拟的优点，近几年来发展非常迅速。用全电子式电能表取代感应式电能表，在发达国家，平均每年以20％多的速度在更换。在我国由于起步晚，宣传的力度、广度不够，人们对全电子式电能表的认识不足等原因，发展较慢。以下就全电子式电能表的特点、类型及其合理选用给予介绍。1、电子式电能表的主要特点为了便于说明问题，现就户用全电子式电能表和感应式电能表的主要特点列表比较如下：（表中带"*"号者，是根据样本实测的结果）。项目表型感应式电能表电子式电能表备注技术性能*百分百误差+0.86%~-5.7%+0.2%~-0.2%在5％Ib~400％Ib范围内*启动电流25(mA)10(mA)采用5（20）A电能表*功耗1.68W0.52W寿命5年10年以上过载倍数46频率范围45---55（HZ）40---1000(HZ)电子式电能表受谐波影响小功能体积大小抄表人工红外、远程抄表等反窃电无有限量用电无有远控功能无有复费功能无有性能价格比低高2、两种采样方式的全电子式电能表比较。当前电子式电能表对用户用电采样方式主要有两种形式。一种是用互感器采样，另一种为直接采样。采用互感器采样即利用电压互感器和电流互感器分别来采集用户的电压信号和电流信号；直接采样则是用热稳定性高的电阻分压网络来取得电压信号，而用电阻温度系数非常小的锰铜片进行电流直接采样。采用互感器采样，在起动电流、线性范围、功耗和精度等指标皆不如直接采样，尤其是小电流时更为突出。例如：额定电流为20A时，直接采样的启动电流为20mA，互感器采样的启动电流为40mA。又如：采用专用的锰铜片进行直接电流采样的全电子电能表误差可调整到+0.5％，而采用电流互感器采样，由于激磁电存在，若不采取补偿措施，互感器本身误差就可能超过5％。利用互感器采样的的优点是抗干扰性较强，线路简单，成本低。3、电子式多费率电能表在市场经济下，根据用电的性质不同，地区不同，时段不同等实行多种电价制已是理所当然。要推行多种电价制，除国家要制定有关法规和准则外，还必须要有相关的测量设备。所谓多费率电能表也称复费率电能表或称之为分时计量电能表。它是根据每天用电的峰、平、谷的实际情况，分时段地进行计量，以作为分时电价结算的依据。分时段计费的多费率电能表早期主要用于工业用户，随着我国家庭用电量的不断增加和我国电业市场的商品化改革，近一年来分时段多费率电能培长达238％，而传统电能表比去年同期下降24％。今年国家还修订了多费率电能表的标准，即GB/T15284-2002《多费率电能表特殊要求》与此相适应的分时电能表的专用集成电路也相继面世，这必将为多费户电能表的发展提供了更广阔的前景。4、电子式电能表的抄表方式全电子式电能表的抄表方式主要有以下几种：（1）人工抄表：根据表头显示进行抄表。（2）手持红外抄表器抄表：手持红外抄表器抄表它是一个带有红外收发的单片机控制系统。为此电能表应设有相应的红外收发功能。抄表器最小可在3米以外通过红外收集电能表显示的数据，一块抄表器可同时存储几千户的用电数据，根据需要它可以通过并行口用微型打印机打印输出，或通过计算机的输入口，输入给计算机进行数据管理，它具有体积小、重量轻、携带方便，操作简单、性能价格比高等特点。有的抄表器还可带售电功能，它很适合于楼群少、用户数不多的情况下的用电管理。手持抄表器，通过RS232也可进行短距离在线抄表，但一般很少用。（3）远距离自动抄表系统：所谓远距离自动抄表系统是指管理人员可以坐在远距表的办公室里，应用微机通过专用线、无线、电力线、光纤等做为通道，进行抄表和用电管理。自动抄表技术（AMR）八十年代中叶诞生于美国，九十年代初引进国内，国内居民用电"一户一表"政策的推行和居民住宅小区管理智能化的发展，近几年来在国内AMR技术发展非常迅速，建设部关于《住宅、厨房、卫生间三表计量出户智能系统装置》的标准也在制定。目前自动抄表系统的国家标准（草稿）已出台，自动抄表系统不仅可用于电能表的抄表，同时也适用于带有脉冲输出的水表、气表和热量表的抄表。在功能上也不限于抄表的功能，根据国家标准，它同时还应具有监测运行状态报警、参数设置、负荷控制、自定义等功能。当前在国内随功能的不同，自动抄系统平均每户100元~300元不等，随着自动抄表系统的性能不断完善和价格的降低，自动抄表系统在国内将迅速推广。5、全电子式予付费电能表电是一种商品，长期以来，由于计划经济的影响，一些人头脑中对电是一种商品还缺乏认识，因此"偷电不是偷"、"欠电不是欠"等错误观念还有一定的市场。据了解全国电力系统欠费已高达250亿以上。所谓予付费电能表就是先购电后用电，完全按照商品交换的原则进行。随着经济发展和文化交流活动的增加，特别是一些出租门头房、出租房、公寓等房主变动频繁的用户及经常外出很难找到的房主的用户，采用予付费电能表实行先付费、后用电更有现实意义。予付费电能表发展已经历了投币式、磁卡式、电卡式、IC卡式、谢频式及直接购电式等六个阶段。当今IC卡式予付费电能表仍占据着市场的主流，但有关专家提出，由于IC卡表存在着一个面向用户完全开放的插口，用户可用多种方法攻击IC卡而造成死机，数据混乱。此外由于受到成本限制，IC卡使用的密码容量有限，而容易解密，甚至出现伪造，为此电力部门曾专门指出"一户一表"不宜用IC卡表。所谓直接购电式予付费电能表，用户到供电或物业管理部门去买电，而供电或物业管理部门采用远控或手持售电机，将购电量直接注入到用户的电表内，用户表头可显示出购电数。当显示电量减到一定值时，可发出光（或声）报警，提示用户购电，否则，当用完电时及时断电。直接购电予付式表不仅用于电能表，同时也可用于水、气表等。它完全可取代IC卡式表，且售价也将低于IC卡表，具有很好的市场前景。三、集中式多用户全电子式电能表符合我国国情我国居民住宅或公寓多以楼房为主。一座楼一般含几个单元，而每个单元少者一般近十户、十几户，多者几十户。针对上述情况，为了便于抄表和用电管理，目前一些物业管理部门将多个单块表集中安装在楼梯间。这样简单的组合造成体积庞大、不美观又不经济。设计一种体积小、功能全又经济的集中式多用户全电子式电能表十分必要。这种集中式表一个单元、乃至一幢楼同用一块即可，但它又不是多个单表的简单组合。1、集中式多用户全电子电能表的结构、原理：下图是该种表的结构框图，它主要由每户电能计量单元、单片机系统和输出三个部分组成。接用户电电能脉冲红外通信远传抄表通信每户电能脉冲输出（1）每户电能计量单元：主要由电压、电流采样和专用电能表芯片（如BL0932B、ADE7755等）构成。它的任务是完成每个用户的用电量累积、存储，并同时将电量转换成相应的脉冲分别输出或送入单片机处理。户电能计量单元，集中安装在一个印刷电路板上，其面积比一个纸烟盒还小，每户一块，每户单独计量，互不影响。（2）单片机系统：它是一个智能数据采集处理和控制单元。整个系统安装在一个见方约200*80mm2的印刷电路板上。它的任务是接收并存储各用户电量，经处理后控制公用显示器，定时、轮流显示各户用（或剩余）电量，控制对外通信，完成抄表或远控等工作。（3）输出部分：主要包括公用显示器和对外通信、控制接口等。公用显示器轮流显示每户户号和电量，可24小时连续工作，用户随时可查看各自的用量情况。不难看出，上述集中式多用户电能表是集电子技术、计算机技术和通信技术相结合的高科技产品。它具有体积小、可容户数多（一块24户集中式多用户电能表其面积约为用单表简单集中安装的1/3），同时又具有"一户一表"的功能。值得提及的是，目前市场上还有一种类型的集中式多用户电子式电能表，其采样是每户分别进行，但每一户的用电量计算则由同一个芯片或单片机系统来完成。这类表无论从结构上还是从原理上来看，都不具备"一户一表"的功能。再一个问题是，每一户的用电能量计算都由同一的部件去完成，即每一户的用电量计算都要排队循环等待。这势必要造成用电计量的误差，户数越多，误差越大。2、技术指标、功能及合理选用：集中式多用户全电子式电能表的主要技术指标和单块全电子式电能表相当，而功能比单表强，性能价格比高于单表，由于篇幅关系，这里只介绍几点有关选用和使用的问题。（1）分路电能计量户数：有两种类型：一种是几户至几十户的表，这种表分嵌墙式（用于新建楼房）和外挂式（旧楼改造）两种，一般是一个单元装一块，安装在楼梯间。另一种是上百户以上的多用户柜式电能表。这类表专为学生公寓设计，根据当前高校学生公寓用电管理要求，这类表除具有远程自动抄表、予付费等功能外，它还可设计成具有负载任意限定和恶性负载识别能力。所谓恶性负载，是指电炉、电热垫等一类带隐患的用电器。对于这类用电器，电表能自动断电，以确保用电安全。（2）供电方式：有以下几种，可按需选用。①单相进线--单相、多户出线。②三相四线制进线--单相多户出线，即每相可接多户。要求每相所接户数尽量相等。③三相进线--三相多户出线，用户三相用电设备。④三相四线制进线--单、三相混合出线，其中三相出线可接三相用电电器，如中央空调，而单相出线主要用于照明和单相供电的电器。目前，这类用户逐渐增多，出线时要尽量考虑到三相负载平衡。（注：上述没考虑地线。）3、价格目前，市场上普通单相全电子式电能表（指只具有电能计量功能）额定电流在40安的，市场报价一般在80元左右；予付费IC卡式全电子电能表的市场报价均在250元~300元之间。若考虑到外表壳和空气开关（按六回路考虑），普通单相表的报价将近210元，而IC卡将近400元。集中式多用户全电子式电能表随着功能不同，所用空气开关有别其报价相差较大，现以19户为例，选用DZ47空气开关加外箱体，普通集中式带远抄的表平均每户报价约170元左右，带予付费的平均每户报价约在300元以下。综合上述，集中式多用户全电子式电能表，体积小、功能全、性能价格比高，符合我国国情，具有很大的市场潜力。

参考文献：

1、国家质量技术监督局文件："质技监局量发（2000）108号"

2、《电能表技术手册》中国计量出版社2000.8国家质量技术监督局计量司、中国计量出版社合编

3、《浅议集中式电能表的设计思想》电力需求侧带管理2001.2李卫东等编

4、《电子式电能表电网运行实践》电测与仪表2002年第八期吴小美

5、《电子式电能表及其在现代管理中的应用》中国电力出版社1999年5月第一版赵伟等编

6、《予付费电能表及其检定》中国电力出版社20